LoRa之外 IoT低功耗廣域網絡領域黑馬已悄然問世

　　隨著各類廠商不斷發力低功耗廣域網絡（LPWA），物聯網專用網絡的話題引起業內的熱議。此前，介紹SigFox、LoRa、NB-IoT等市場上已開始商業化技術的文章不少，各類LPWA技術在理論上都有近乎完美的設計，不過，作為一位長期奮戰在一線的技術人員，筆者對各種技術落地中的體驗和無奈深有感觸。當然，筆者堅信技術本身并無優劣之分，關鍵還是在于能否有效解決用戶的問題，而有效解決問題的背后是對這一技術各個細節的不斷提升。LPWA產業未來趨勢和市場規模已有共識，但商用落地速度仍然有些滯后，在筆者看來，規?；逃弥腥匀淮嬖谝恍┍趬?，包括商用模式、技術、產業生態等多個方面，筆者以非授權頻譜的LPWA技術為例，解讀一下其落地中所碰到的困惑。

　　理想的完美與現實的無奈：現有LPWA技術落地中的挑戰

　　首先，從產業生態來看，開放生態對產業至關重要，但“開放”也有尺度，這個尺度往往成為產業化的一個門檻。產業鏈各環節的充分競爭無疑給下游應用帶來收益，但一些關鍵環節往往設置壁壘，在現有LPWA產業中表現為以下兩點：

　?。?）芯片的壟斷供應。由于核心技術的專有權，芯片往往成為產業發展的壁壘，上游廠商競爭不足導致產業發展緩慢，這在以往科技產業發展史中的例子不少。LoRa技術的商用化中，相應的芯片基本上只能由Semtech提供，這一模式受到不少質疑，雖然Semtech開始和少數芯片設計廠商合作推出LoRa芯片，但其推進速度并不快，市場競爭環境構建不充分。

　?。?）不同標準終端互聯互通不足。當前，各類LPWA技術在一些范圍內開始商用，一些行業中可能部署了多個技術標準的終端，不同技術標準終端之間就像煙囪一樣，相互間無法直接連接；當用戶基于業務需求要增加智能終端接入時，若與此前終端采用不同制式時，現有終端也無法復用。例如，LoRa網關僅能接入符合LoRaWan協議的終端，無法復用Zigbee等其他制式終端。

　　其次，落地實施過程中會碰到大量與理論偏差的問題，補救措施并不能治本。實踐中的環境千差萬別，在大量實踐經驗中往往會碰到大傷腦筋的局面，讓部署成本大大增加，列舉幾個如下：

　?。?）站址部署的困惑。一方面，在企業級LPWA項目中，很多需要安裝AP的位置往往受條件限制，可能沒有電源或不允許安裝基站；另一方面，在網絡邊界區域，只有少量終端，但是為了全部覆蓋還需多加1個AP。這些都導致網絡建設施工困難并增加成本。

　?。?）流量并發沖突?，F有LPWA網絡（LoRa、Sigfox）均采用星形組網，一個AP直接接入大量終端，當終端數量到一定量級后，上行流量并發沖突就顯現出來。

　?。?）下行鏈路功耗問題。下行鏈路低功耗是大部分LPWAN技術的難點，以LoRa為例，其Class A模式不支持下行，而其Class B、C模式開啟下行后，終端功耗將會顯著提高。

　　此外，由于無線電頻譜資源的緊張，LPWAN技術應該向頻譜利用率更高的技術演進，LoRa等基于擴頻技術的頻譜利用率低于超窄帶，若能將兩者優勢結合，則可節省更多頻譜資源。

　　破解落地困境，LPWAN領域一匹黑馬問世

　　上述的分析是筆者在實踐中的一些經驗總結，相信相應方案廠商也面臨相同困境，并在每一細節上進行持續改進。不過，在LPWA商用元年的時間窗口，市場格局還未定，基于用戶需求導向，能夠在多個壁壘上做出突破的技術可能后來居上。

　　當各類公開資料中充斥著NB-IoT、LoRa、Sigfox等技術的市場前景和優勢時，我們很難聽到一線人員對于落地過程中遇到困境的聲音以及如何破解。我們不妨看看LPWA領域的一個后起之秀ZETA是如何做的。

　　1、從產業生態方面來看，通用芯片和融合接入的思路和技術將是快速做大LPWA產業的關鍵。當大量廠商可以競爭性提供芯片時，將加速產業鏈的繁榮；當不同制式終端都可以無縫接入時，大幅降低用戶實施成本。

　　ZETA是縱行科技自主研發的低功耗廣域網絡協議，可以采用通用芯片，打破上游芯片領域的壟斷；對于終端之間的互聯互通，ZETA采用UnifiedAccess架構，具有非常好的開放性和兼容性，除了支持ZETA終端，還可以接入LoRa/ZigBee等其他制式的終端，用戶只需部署其AP就可將其他存量LPWAN終端無縫覆蓋，提高網絡復用率。

　　2、從實施過程中的難度來看，站址、并發流量、下行功耗等問題均需對技術進行深入的改進，很多時候可能需要放棄固有的網絡架構設計思維。ZETA在網絡架構設計中，引入了一個中繼的設計，即其低功耗Mesh節點——Mote，從而解決了部署中的相關問題，具體來說包括：

　?。?）靈活中繼破解站址部署困境。ZETA Mote中繼采用電池供電，容易部署，一方面，與基站配合基礎上，ZETA Mote中繼可通過低功耗多跳自組網，通過一跳或多跳的Mote轉接，可將基站網絡覆蓋延伸到其（或LPWA鏈路預算）不能到達的角落，當某個連接中斷時，多個Mote間能夠自行重組網，確保數據傳輸的高可靠性；另一方面，Mote也是一個多功能設備，不僅具備子基站/熱點功能外，本身也具備通訊模塊功能，讓終端通過Mote可以實現聯網，這一功能在大量場景中能夠降低部署成本。例如通過在每個路燈上安裝Mote模塊， 不僅使路燈本身可以聯網，同時把路燈變成了一個ZETA熱點，可以覆蓋周圍1-2公里（市區）形成一張路燈物聯網。

　?。?）智能分流破解并發流量困境。正如前文所述，Mote中繼能夠擴展基站覆蓋區域，當然在基站分流中也發揮了巨大作用，通過把一個蜂窩內的流量分流到不同的Mote接入，解決AP側的流量并發沖突問題，使得LPWA網絡具有更好的可擴展性。

　?。?）面對下行鏈路功耗難點，通過Virtual OFDMA機制，ZETA可使終端和網絡設備都處于深度休眠狀態，直至需要發送數據的時刻才被喚醒，從而支持上下行都工作在低功耗模式。在實際測試中，此類機制比LoRa終端節省20%以上的功耗。

　　另外，由于采用窄帶/超窄帶技術，相比于LoRa等基于擴頻的技術，ZETA在頻譜利用率上具有明顯的優勢，如典型的LoRA信道需占用125KHz的無線頻譜，即使運行在窄帶模式下，這個帶寬也可以裝進去15個ZETA信道。

　　值得一提的是，ZETA作為國內具有自主知識產權的技術，符合了信息安全和國家戰略的發展趨勢。因而，雖然是后起之秀，這一技術已悄然地應用于平安社區、市政管理、路燈控制、遠程抄表、冷鏈運輸等行業中。

　　低功耗廣域網絡技術普及過程中，大量用戶需要的是最快最低成本地部署一張無線網絡。筆者再次強調，技術并無優劣之分，關鍵在于能否快速有效解決用戶問題，在LPWA領域，或許是能夠打破商用過程中各種壁壘的黑馬將脫穎而出。